飞轮电池制造技术

本实用新型专利技术涉及一种飞轮储能装置，尤其涉及一种能够进行快速充放电的飞轮电池。它包括飞轮装置和驱动飞轮做旋转运动的驱动装置，所述飞轮装置包括飞轮、飞轮转轴、飞轮转轴两端的磁悬浮轴承，飞轮装置的外围设置有真空密闭罩，所述真空密闭罩与磁悬浮轴承过盈配合，所述飞轮为磁性材料制成或在飞轮上固设内磁体，所述驱动装置包括传动轴和转子，所述传动轴一端与转子固定连接，另一端与电动机或发动机相连，所述转子由磁性材料制成或转子上设置外磁体，所述驱动装置的转子和飞轮装置之间留有间隙，且转子的轴线与飞轮转轴的轴线平行或重合，所述飞轮与转子通过磁场力相互驱动。本实用新型专利技术能够提高储能容量、延长使用寿命、便于量产及维护保养。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种飞轮储能装置，尤其涉及一种能够进行快速充放电的飞轮电池。技术背景 目前，人们的生产生活中较常使用的电池多为化学电池，化学电池将电能转化为化学能储存，使用时再将化学能还原成电能输出。虽然目前化学电池储能技术已经发展的非常成熟，但是化学电池储能技术存在着诸如储能密度小、充放电次数受限导致使用寿命较短、对环境的污染严重以及对工作温度要求高等弊端。而利用物理方法实现储能的飞轮储能作为新兴的电能存储方法，近年来受到各国的广泛关注。飞轮电池早在几千年的古代就有利用，如古代的制陶的制坯机械，到现代蒸汽机和汽车发动机也都用到飞轮技术。而飞轮储能电池的概念起源于20世纪70年代早期，最初只是想将其应用在电动汽车上，但限于当时的技术水平，并没有得到发展。直到上世纪90年代由于电路拓扑思想的发展，碳纤维材料的广泛应用，以及全世界范围对污染的重视，这种新型电池又得到了高速发展，显示出它更加广阔的应用前景。但要将飞轮旋转所储存的动能转变为实用化产品，依然存在很多技术难点如I)飞轮的旋转速度必须非常高才会有高的储能密度和动能效果。但在空气环境中，高速旋转的飞轮会造成极高的风阻损耗，大大消耗飞轮旋转时产生的能量，电池储能容量小、充放电的速度慢。2)飞轮电池中采用机械轴承是不可行的。机械轴承存在机械摩擦，飞轮在高速旋转时由于机械摩擦不会一直保持高速旋转，且由于机械摩擦会使轴承上产生大量的热量造成能量损失，无法实现动能的长期有效储存。3)动平衡技术。由于飞轮的高速旋转和飞轮本身的质量，旋转体的动平衡技术对飞轮的正常工作起着非常重要的作用。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种增强飞轮电池储能的容量，提高飞轮电池充放电的速度，延长飞轮电池的使用寿命且方便飞轮电池的使用及保养维护的飞轮电池。本技术的目的主要是通过下述方案得以实现的一种飞轮电池，它包括飞轮装置和驱动飞轮做旋转运动的驱动装置，所述飞轮装置包括飞轮、飞轮转轴、飞轮转轴两端的磁悬浮轴承，飞轮装置的外围设置有真空密闭罩，所述真空密闭罩与磁悬浮轴承过盈配合，所述飞轮为磁性材料制成或在飞轮上固设内磁体，所述驱动装置包括传动轴和转子，所述传动轴一端与转子固定连接，另一端与电动机或发动机相连，所述转子由磁性材料制成或转子上设置外磁体，所述驱动装置的转子和飞轮装置之间留有间隙，且转子的轴线与飞轮转轴的轴线平行或重合，所述飞轮与转子通过磁场力相互驱动。采用本方案的飞轮电池，是能够进行快速充放电，其工作原理为充电过程驱动装置的传动轴与电动机连接。驱动电动机，则驱动装置的传动轴旋转，从而带动转子进行高速旋转。由于转子由磁性材料制成或转子上设置外磁体、飞轮为磁性材料制成或在飞轮上固设内磁体，由于驱动装置和飞轮装置间隙配合，这样转子或转子的外磁体与飞轮或飞轮上的内磁体通过磁场的耦合作用带动飞轮进行旋转。当飞轮的旋转速度与驱动装置的传动轴的旋转速度相同时，将驱动装置远离飞轮装置，真空密闭罩的飞轮则在磁悬浮轴承的支撑下在真空腔内高速旋转。真空状态下由于无风阻损耗且飞轮转轴与支撑装置无接触，则飞轮长时间维持其动能不变，从而达到储能的效果，至此飞轮储能即充电过程完毕。放电过程驱动装置的传动轴与发电机连接。此时驱动装置与飞轮装置接近并保持一定的间隙，转子的旋转速度为零或低于飞轮的旋转速度。但由于转子或转子的外磁体与飞轮或飞轮上的内磁体之间磁场的耦合作用，转子旋转速度逐渐提高，飞轮的旋转速度 逐步降低，向传动轴输出动能，带动发电机发电，从而实现飞轮直接发电。至此放电过程完毕。由于在飞轮装置的外围设置真空密闭罩，这样就使飞轮装置的部件均处于真空状态中，这样当飞轮进行高速旋转时不会出现风阻损耗，能够在较短时间内产生较高的储能密度、充电速度大大提高。当飞轮电池放电时，由于无摩擦损耗，电池储存的能量能够得到充分利用，提高了飞轮电池的储能容量、延长飞轮电池的使用寿命。且驱动飞轮的驱动力为转子与飞轮之间的磁场力，其结构简单，便于飞轮电池的量产及维护保养。作为优选，所述转子形状为圆形套筒，所述真空密闭罩的横截面为圆环，所述圆形套筒的直径大于圆环外圆的直径。圆形套筒的直径大于真空密闭罩横截面外圆的直径，在飞轮储能时，可使飞轮有加速旋转的作用。作为优选，所述飞轮装置设置于转子内，所述飞轮转轴的轴线与转子的轴线重合，所述飞轮装置的真空密闭罩与转子的间隙为I 10_。飞轮装置的真空密闭罩与转子之间留有I-IOmm的间隙，则圆形套筒与飞轮之间能够产生较强的磁场力，实现飞轮与转子通过磁场力相互驱动。作为优选，所述转子的圆周表面内侧和下端面内侧分别设有轴向外磁体和径向外磁体，同时飞轮圆周表面外侧和下端面外侧分别设置轴向内磁体与径向内磁体。在转子的轴向内表面及径向内表面上均设置外磁体，飞轮相对应地设置轴向与径向内磁体，使转子与飞轮之间的磁场力增强，同时限制飞轮的轴向运动，使飞轮绕自身轴线正常旋转。作为优选，所述飞轮装置设置于圆形套筒外，所述飞轮转轴的轴线与转子的轴线平行，所述飞轮装置的真空密闭罩与转子的间隙为I 10mm。飞轮装置与转子之间留有I-IOmm的间隙，使圆形套筒与飞轮之间能够产生较强的磁场力，实现飞轮与转子通过磁场力相互驱动。同时将飞轮装置设置于转子之外，可以使驱动装置能够方便的移动以靠近或远离飞轮装置，进行快速充放电。同时所述飞轮转轴的轴线与转子的轴线平行安装时，真空密封罩内的飞轮的直径要远小于圆形套筒的外径，这样飞轮电池在充电时，圆形套筒以较低的速度旋转时，飞轮做加速运动，圆形套筒的直径越大，飞轮的旋转越快，飞轮充电的时间越短。作为优选,所述转子的圆周表面外侧设有轴向外磁体，飞轮圆周表面外侧设置轴向内磁体。转子的圆周表面外侧设有轴向外磁体，飞轮圆周表面外侧设置轴向内磁体。且内磁体、外磁体平行设置，则两磁体之间磁力最强，加快转子与飞轮之间的驱动时间，即力口快充放电速度。作为优选,所述磁悬浮轴承的磁极为NNSS成对磁极布置。磁极结构布局分为NNSS和NSNS两种，对于电磁铁而言，随着电流频率的增大，NNSS结构布局下的涡流损耗要小于NSNS的结构布局。磁力轴承的工作控制电流频率通常在IOKHz以上，因此考虑到涡流损耗的影响，磁悬浮轴承采用NNSS成对磁极配置。同时为了降低磁极间的耦合效应，要求定子结构的上下、左右必须对称，磁极数一般选为8的倍数。作为优选，所述轴向内磁体与径向内磁体为永磁或软磁材料片，轴向外磁体和径向外磁体为永磁或电磁材料片。作为优选，所述真空密闭罩为非磁材料制成的封闭的薄壁腔体。真空密闭罩由非磁材料制成，不会影响转子与飞轮之间磁场力的作用。总之，本技术使飞轮装置能够在较短时间内产生较高的储能密度、充电速度大大提高；当飞轮电池放电时，由于无摩擦损耗，电池储存的能量能够得到充分利用，提高了飞轮电池的储能容量、延长飞轮电池的使用寿命；且具有结构简单，便于飞轮电池的量产及维护保养的优点。附图说明图I为实施例I的轴向截面示意图；图2为实施例I中磁悬浮轴承的磁极布局结构；图3为实施例2的轴向截面示意图。图示说明1-飞轮，2-飞轮转轴，3-磁悬浮轴承，4-真空密闭罩，5-轴向内磁体，6-径向内磁体，7-传动轴，8-转子，9-轴向外磁体，10-径向外磁体。具体实施方式下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞轮电池，它包括飞轮装置和驱动飞轮做旋转运动的驱动装置，所述飞轮装置包括飞轮（1）、飞轮转轴（2）、飞轮转轴（2）两端的磁悬浮轴承（3），其特征在于：飞轮装置的外围设置有真空密闭罩（4），所述真空密闭罩（4）与磁悬浮轴承（3）过盈配合，所述飞轮（1）为磁性材料制成或在飞轮（1）上固设内磁体，所述驱动装置包括传动轴（7）和转子（8），所述传动轴（7）一端与转子（8）固定连接，另一端与电动机或发动机相连，所述转子（8）由磁性材料制成或转子（8）上设置外磁体，所述驱动装置的转子和飞轮装置之间留有间隙，且转子的轴线与飞轮转轴的轴线平行或重合，所述飞轮（1）与转子（8）通过磁场力相互驱动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高建华，
申请(专利权)人：杭州英若飞科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：